智能控制在城市夜景照明系统中的应用

胡国刚

【摘 要】城市夜景照明灯光为渲染城市环境、突出立体造型等方面发挥了重要的作用。让夜间出行的人们从另一个角度去欣赏城市的夜间美景。但城市夜景照明灯光也给城市带来了很多的光污染问题。一些高亮度的灯光会严重影响人们的正常休息，引发各种交通事故，同时也会给自然界的动物带来一定的影响。很多鸟类和昆虫因灯光迷失了飞行方向，造成了趋光性的动物大量的死亡。所以，研究城市夜景照明灯光智能控制技术对于降低城市的光污染有着重要的意义。本文就针对智能控制在城市夜景照明系统中的应用进行了简要探讨。

【关键词】智能控制;城市夜景照明系统;应用

随着中国现代化城市建设的快速发展，城市的照明灯光和夜景建设日新月异，为城市的夜景环境增添了新的面貌，同时增强了城市的活力，提高了城市的观赏价值和人居生活感受。但由于夜景灯光的滥用，会导致环境的灯光污染，需要对城市环境灯光进行智能控制，根据环境状态特征进行灯光的实时调节，降低城市环境受到灯光污染的损害，同时还可以降低能耗，促进节能减排，研究城市夜景照明灯光污染智能控制技术，在城市照明设施建设和城市规划建设等领域中都具有很好的应用价值，相关的夜景灯光控制以及照明设施设备的控制技术研究受到人们的极大重视。

1智能控制技术理论

智能控制是为了实现自动化控制，而采用人工智能与控制理论相结合的方法。智能控制技术主要是用来发挥其技术系统优势，优化其组织目标结构，并在节约能源、提升质量、延长使用寿命的基础上进一步完善其功能，使整个系统实现最优的控制技术。相对于传统控制技术来说，对于不确定的复杂的研究对象，智能控制技术不需要建立相应的数学模型就可以解决问题，这是传统控制技术所做不到的。再加上智能控制系统的输入信息比较多，它能够仿照人工智能机构，对信息进行分类处理并决策，各类信息之间相互协调，这样有利于信息的记忆。

2城市照明智能控制的重要性

2.1提高城市照明的节能性

城市照明也是有时间针对性，基本上到了凌晨之后，路上的行人和车辆比较少，如果城市路灯一直亮着，则会造成电力资源的浪费。因此，城市照明智能控制可有效的对城市照明的时间进行控制，既可以满足城市居民生活对城市照明的需要，又可以减少电力资源的浪费，从而提高了城市照明的节能性。

2.2提高城市照明的信息化、数据化和智能化程度

城市照明智能控制有别于传统的城市照明控制，它利用了网络信息技术对城市照明进行智能控制，将城市照明的信息进行了信息化、数据化以及智能化的处理。对城市照明信息进行分站收集，并将各个分站的信息集中回馈给主站，进行统一的控制，给城市照明系统的维护和管理工作带来了极大的便利。

2.3便于全方位管理、监控城市照明

城市照明智能控制摒弃了传统的认为操作和控制，而是进行远程自动化控制，对整个城市的照明系统进行全方位的管理和监控。同时，城市照明智能控制可以对城市路灯的照明和损毁情况进行实时监控，一旦发现问题，维修人员可及时对路灯进行维修和更换，在一定程度上提高了维修检查人员的工作效率。

3灯光控制的基本类型

3.1点（灯）控制型

点（灯）控制就是指可以直接对某盏灯进行控制的系统或设备。早期的照明控制系统和家庭照明控制系统及普通的室内照明控制系统基本上都采用点（灯）控制方式，这种控制方式简单，仅使用一些电器开关、导线及组合就可以完成灯的控制功能，其特点是在任意入口處位置可以开闭照明装置，但平面布线比较复杂，是目前使用最为广泛和最基本的照明控制系统，是照明控制系统的基本单元，其原理如图1所示。

3.2区域控制型

区域控制型照明控制系统，是指能在某个区域范围内完成照明控制的系统。特点是可以对整个控制区域范围内的所有灯具按不同的功能要求进行直接或间接的控制。由于照明控制系统在设计时基本上是按回路容置进行的，即按照每回路分别进行控制，所以又称为路（线）控型照明控制系统。

一般由值班室统一控制，照明控制方式多种多样，为方便管理设置了手动和自动功能，手动主要为了调试、检修和应急的需要;自动有利于运行，又分为定时控制、光控等;为节能和灯光开启等事宜，多采用平时、一般节日、重大节日三级控制的方式。主要用于道路照明控制、广场及公共场所照明、大型建筑物、城市标志性建筑物、公共活动场所和桥梁照明控制等应用场合，并与城市夜景照明相协调，可联网控制，现在正被广泛应用于城市夜景照明。

3.3网络控制型

网络控制型照明控制系统是通过计算机网络技术将许多局部小区域内的照明设备进行联网，从而由一个控制中心进行统一控制，在照明控制中心内，由计算机控制系统对控制区域内的照明设备进行统一的控制管理。网络控制型照明系统一般由以下几部分组成：

1）控制系统中心：一般由服务器、计算机工作站、网络控制交换设备等组成的计算机硬件控制系统和由数据库、控制应用软件等组成的照明控制软件等两大部分组成，采用网络型照明控制系统主要有以下优点：①便于系统管理，提高系统管理效率。②提高系统控制水平。③提局系统维护效率。④减少系统运营、维护成本。⑤可以进行照明设备的编程控制，产生各种所需要的照明效果。⑥便于采用各种节能措施，实现照明系统的节能控制。

2）控制信号网络传输系统：通过控制信号传输系统完成照明网络控制系统中有关控制信号和反馈信号的传输，从而完成对控制区域内的照明设备进行控制。

3）区域照明控制：网络照明控制系统实际上是对一定控制区域的若干小区域的照明控制系统（设备）进行联网控制，区域照明控制系统（设备）是整个联网控制系统的一个子系统，它既可以作为一个独立的控制系统使用，也可以作为联网控制系统的终端设备使用。

4）灯控设备：通过整个照明控制系统要完成对每盏灯的控制，灯控设备安装在每盏灯上，并可以通过远程控制信号传输单元与照明控制中心通信，从而完成对每盏灯的有关控制（如开/关、调光控制），并可以通过照明控制中心对每盏灯的工作状态进行有关监控，从而完成对每盏灯的控制。

5）节能控制：照明系统的节能是全球普遍关注的问题，照明节能一般可以通过两种途径实现：一是使用高效的照明装置（例如光源、灯具和镇流器等）;二是在需要照明时使用，不需要照明时关断，尽量减少不必要的开灯时间、开灯数置和过高照明亮度，这点需要通过智能照明控制系统来实现。

4智能照明控制系统

智能照明控制系统是全数字化、模块化、分布式总线型控制系统，将控制功能分散给各个功能模块，中央处理器、模块之间通过网络总线直接通信，可靠性高、控制灵活。系统根据某区域的功能、每天不同时间的用途和室外光亮度自动控制照明。并可进行场景的预设，由建筑设备监控系统（BAS）或分控制器通过调光模块、调光器自动调用。照明控制系统分为独立子网式、特定于房间或大型的联网系统。

如图2所示，联网系统具有标准的串行端□，可容易地集成到BAS的中央控制器，或与其他控制系统组网。利用照明智能化控制可以根据环境变化、客观要求、人们可以预定需求等条件而自动采集照明系统中的各种信息，并对所采集的信息进行相应的逻辑分析、推理、判断，并对分析结果按要求的形式存储、显示、传输，进行相应的工作状态信息反馈控制，以达到预期的控制效果。

4.1智能照明控制系统功能

①智能照明控制系统根据区域的功能、每天的不同时间段、室外亮度或该区域的用途自动控制照明。其中最重要的一点是可进行预设，即具有将照明亮度转变成为一系列设置的功能。这些设置也称为场景，可由调光器系统或中央控制系统自动调用。②照明控制系统分为独立式、特定区域或大型网络系统。在联网系统中，调光设备安装在电气柜中，由传感器和控制器面板组成的外部设备网络来操作。③联网系统具有标准的串行端□，端□通常都是双向的，这样可以更容易地实现中央集中控制。可以在中央控制器请求亮度变化后确认操作，也可以从照明系统得到信息，比如电置消耗或该区域的实际场景运行情况。

4.2控制原理

照明控制系统是一个总线型或局域网型的智能控制系统。所有元器件均内置微型处理器和存储单元，由信号总线（双绞线或光纤等）连成网络。每个单元均设置唯一的单元地址并用，通过软件设定其功能输出单元控制各回路负载。输入单元通过群组地址和输出组件建立对应联系。当有输入时，输入单元将其转变为总线信号在控制系统总线上广播，所有的输出单元接收并做出判断，控制相应回路输出。

4.3系统组成

系统通常由调光模块、开关模块、控制面板、夜景显示触摸屏、智能传感器、编程接口、时间管理模块、手持式编程器和监控机（大型网络需网桥连接）等部件组成。

4.5网连控制器数置

每个子网最多可配64个功能单元，通过网桥由子网组成一个主网。

4.6照明管理软件

照明控制系统的监控软件是一个可监控分布式照明控制系统的应用软件。对于大型照明控制网络，用户需要实现系统实时监控时，可通过PC机接□接入控制系统网络，在中央控制室通过中央控制系统软件实现对整个照明控制系统的管理。监控软件要便于安装、使用和维护，系统工作灵活、稳定、可靠和有扩展性，并具有加密防盗措施。各页面的设计要清晰、直观方便，并具有一定的色彩，便于操作者区分不同类型的数据。

5城市夜景照明的控制

5.1城市夜景照明的智能化控制

包括对建筑物外立面、园区、广场、道路的功能照明以及景观照明灯具的检测和控制。

5.2控制单元的主要功能

①自动控制开、关灯时间：随着季节交替，系统能够自动对照本地区白天、黑夜长短的变化，对夜景照明做出每天相应的开关灯时间调整。②自动巡灯：在中央控制室内即可掌控受控区域内的灯具运行状态和相关数据，了解故障线路的故障原因，降低运营维护的成本。③自动报表：通过中央控制室的电脑即可把受控区域的灯具运行数据直观地表现出来，并建立运行档案和输出打印。④节约电能：通过建立合理的运行方案，可以有效地实现照明的多级控制，从而达到节能的目的。

5.3智能控制的主要类型

（1）数字可寻址照明接口（DALI控制）。DALI控制总线采用主从结构，一个接□最多能接64个可寻址的控制设备/设备，通过多个接口互联来控制大置的接口和灯具。采用异步串行接口协议，来实现控制信息的下达和灯具状态的反馈。DALI可做到精确地控制，可以单灯单控即对单个灯具可独立寻址，可修改控制参数的同时不用改变布线的方式。

（2）数字多路复用控制协议（DMX512控制协议）。DMX控制协议主导了室内外舞台类灯光控制及户外景观照明的控制，基于DMX512控制协议进行调光控制的灯光系统称为数字灯光系统。以其强大的控制功能给大、中型灯光效果带来了天翻地覆的变化。LED灯具大多采用该传输协议。其不足之处在于，如传输速度不够快、不够远，布线与初始设置随系统规模的变大而变得繁琐等，另外控制数据只能单向传输，不能检查灯具的工作状态，容易出现传输错误。

（3）基于TCP/IP网络控制。其特点是设备稳定型好，集成度高;层级式架构，扩展性好;控制灵活，易于编辑及整合等，被广泛应用于智慧城市中。

（4）无线控制。照明无线控制发展很快，基于网络的无线控制技术逐步应用到智能照明控制当中，主要有GPRS、ZigBee、Wi-Fi等。1）GPRS控制。通用分组无线服务技术（GPRS）是GSM移动电话用户可用的一种移动数据传输业务，是GSM的延续。2）ZigBee控制协议。是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，是短距离、低功耗、低速率的无线网络技术，适用于无线传感器费用低、能量低、高容错性等的要求，目前广泛应用于智能家居的控制。3）Wi-R。是允许电子设备连接到无线局域网的技术，通常使用2.4GHzUHF或5GHzSHFISM射频频段。利用该技术可使用便携式通讯设备（手机、平板电脑等）通过无线路由器连接到智能控制系统内，对灯光控制进行管理。

6智能照明控制的趋势

网络化的照明控制得到了较快的发展，城市夜景照明的联动控制、遥控、遥测、集中控制和显示，已经得到大范围应用。伴随着中国经济的发展，各大城市也涌现出许多成片区联动的夜景照明效果，如杭州的G20峰会夜景照明，此次峰会充分体现了“城、水、光、影”的主题定位，整个灯光秀分为“城之魂”、“水之灵”、“光之影”三个篇章，秀出中国传统文化和杭州特色，以及从西湖时代迈向钱塘江时代的“大气、开放”。灯光控制在标准DMX512协议的基础上建立了更加完善的开放式协议，最终呈现出多建筑效果同步。采用GPS精准时钟为基础实現所有设备的同步控制，使得整个控制系统不依赖于网络就能实现流畅的画面控制，可靠性高，无论范围多大只要能接受GPS信号，就能实现视频和音频的同步呈现。

结语

照明控制在不断发展，未来照明将走向智能、艺术、高科技的路线。智能照明的出现改变了照明行业的命运，提高了人们的生活品质，大数据时代的照明控制技术也将登场，绿色照明的智能控制将会发展越来越好。

参考文献：

[1]陈津萍.城市路灯照明智能控制系统的应用及研究[J].黑龙江交通科技，2014（01）：173.

[2]刘梦汤.城市照明智能控制系统的应用[J].科技情报开与经济，2014（1）：55-57.

[3]杜晓宇.城市路灯照明智能控制系统的应用及探讨[J].科技与企业，2014（12）：99-101.

（作者单位：杭州和顺建设有限公司）